板形控制技術(shù)在萊鋼4300mm寬厚板生產(chǎn)中的創(chuàng)新與應(yīng)用

摘 要：介紹萊鋼銀山型鋼有限公司4 300 mm產(chǎn)線板材板形控制技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)及應(yīng)用，板帶產(chǎn)品板形問(wèn)題直接影響后工序及用戶生產(chǎn)，是軋制領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。鋼板軋制過(guò)程中主要產(chǎn)生鐮刀彎、邊浪、中浪、厚規(guī)格翹頭尾、桶形等問(wèn)題，通過(guò)采取一系列控制技術(shù)，提出了解決產(chǎn)線板形各種問(wèn)題的措施，效果明顯。

關(guān)鍵詞：中厚板;板形;鐮刀彎;浪形

Abstract：This article introduces the experience and application of plate shape control technology on the 4300mm production line of Laigang Yinshan Steel Co.， Ltd. The plate shape problem of plate and strip products directly affects the subsequent process and user production， and is a key issue of concern in the rolling field. During the steel plate rolling process， problems such as sickle bending， edge waves， middle waves， thick gauge warping， and barrel shape are mainly generated. Through a series of control technologies， measures have been proposed to solve various problems in the shape of the production line， and the results are obvious.

Key words： medium thick plate;plate shape;camber;wave shaped

0 前 言

萊鋼銀山型鋼公司板帶廠中厚板產(chǎn)線是國(guó)內(nèi)裝備技術(shù)水平領(lǐng)先的寬厚板生產(chǎn)線。主體設(shè)備和技術(shù)從奧鋼聯(lián)、西門子引進(jìn)，生產(chǎn)線采用國(guó)際領(lǐng)先的設(shè)計(jì)理念和裝備技術(shù)、世界最先進(jìn)的除鱗系統(tǒng)、高精度自動(dòng)厚度控制技術(shù)、平面形狀控制技術(shù)、MULPIC加速冷卻技術(shù)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力150萬(wàn) t，熱處理能力36萬(wàn)t/a，產(chǎn)品規(guī)格（6 ～ 140）mm×（1 500 ～ 4 100）mm×（3 000 ～ 24 000）mm。主要設(shè)備及工藝流程如圖1。

設(shè)備自動(dòng)化程度高，關(guān)鍵工藝技術(shù)水平有：

1）加熱爐最佳化燃燒控制模型，確保鑄坯溫度均勻性控制在±15 ℃以內(nèi)。

2）除鱗壓力達(dá)到32 MPa，為目前世界范圍內(nèi)最高壓力水平，確保了高表面質(zhì)量鋼板生產(chǎn)。

3）高精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的液壓自動(dòng)厚度控制、PVPC平面形狀控制、工作輥彎輥系統(tǒng)等技術(shù)，確保良好的板形及厚度精度控制，50mm以下厚度規(guī)格鋼板厚度精度控制在±0.1mm以內(nèi)達(dá)95%以上。

4）MULPIC水凸度控制、頭尾遮擋、邊部遮擋等技術(shù)得到應(yīng)用，確保了鋼板冷卻均勻性。

5）擁有國(guó)內(nèi)最為齊全的寬厚板熱處理設(shè)備，采用凈化除塵脫硫焦?fàn)t煤氣熱值穩(wěn)定，氮?dú)獗Ｗo(hù)無(wú)氧化輻射管式加熱方式，鋼板溫度均勻性控制在±3 ℃以內(nèi)，確保了良好的產(chǎn)品均勻性 。

6）板帶廠建設(shè)有寬厚板物理試驗(yàn)室，占地面積7 000 m2，2006年通過(guò)了國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)（CNAS）的認(rèn)可，成為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室，主要檢驗(yàn)項(xiàng)目有常規(guī)拉伸、高溫拉伸、Z向拉伸、常規(guī)沖擊、時(shí)效變形沖擊、彎曲、落錘、硬度、金相組織等十余種。

1 存在問(wèn)題

萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線雖然整體裝備水平較較高，由于實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足，鋼板板形與先進(jìn)廠家相比存在一定差距，板形控制主要是凸度和平直度的控制，板帶產(chǎn)品板形問(wèn)題直接影響后工序及用戶生產(chǎn)，是軋制領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。產(chǎn)線品種多，強(qiáng)度及性能差異大，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各產(chǎn)品板形缺陷產(chǎn)生的機(jī)理不明，單純的軋制工藝改進(jìn)不能有效發(fā)揮作用，因此板形質(zhì)量問(wèn)題較為嚴(yán)重，用戶質(zhì)量投訴及異議較多，現(xiàn)已成為突出的質(zhì)量問(wèn)題。板形差導(dǎo)致切邊量大，平直度問(wèn)題主要是薄規(guī)格鐮刀彎、浪形以及厚規(guī)格頭尾翹等，這些板形問(wèn)題將影響生產(chǎn)線成材率提高。

2 原因分析及控制方法

鋼板軋制過(guò)程中主要產(chǎn)生鐮刀彎、邊浪、中浪、厚規(guī)格翹頭尾、桶形等形狀，針對(duì)這些問(wèn)題找出相應(yīng)的原因并制訂相應(yīng)的措施。

2.1 溫度的影響

坯料溫度加熱不均，變形抗力不一致，在后序的軋制過(guò)程中鋼板變形不均勻，導(dǎo)致鋼板板形不良。采取的措施是：首先，加熱爐采用二級(jí)模式燒鋼，保證軋件出爐溫度的均勻性，并每日檢查溫度情況，形成合理的制度，其次，在軋制過(guò)程中上工作輥冷卻水漏到鋼板表面，造成溫降快，對(duì)板形影響較大。針對(duì)此情況對(duì)擋水設(shè)施時(shí)行攻關(guān)，更改初始設(shè)計(jì)，使減小軋輥冷卻水流到鋼板上。

2.2 壓下率的影響

合理分配軋制道次，確保末道次平直。根據(jù)軋制力與板形密切相關(guān)的理論，根據(jù)現(xiàn)有的工藝條件，通過(guò)合理分配道次負(fù)荷即可保證板形。制訂“精軋最少道次數(shù)”、“末道次最大軋制力”、“平整道次最大壓下量” 功能的使用規(guī)定，并優(yōu)化壓化量參數(shù)。

2.3 輥型對(duì)板形造成的影響

通過(guò)研究軋輥磨損曲線以及輥型對(duì)凸度的影響，采用在線輥型優(yōu)化，改善板形。目前四輥軋機(jī)的浪形控制手段，主要通過(guò)竄輥改善軋型，當(dāng)竄輥滿足不了軋型需要時(shí)，板形則無(wú)法進(jìn)行調(diào)整。為實(shí)現(xiàn)通過(guò)改善軋輥在線的輥型來(lái)改鋼板凸度情況，研究修改軋輥冷卻水模型，即將軋輥冷卻水分為三段，通過(guò)SV進(jìn)行調(diào)節(jié)軋輥三側(cè)的冷卻水量，通過(guò)冷卻水量的大小來(lái)改善輥型，中間3 m及兩側(cè)使之能夠產(chǎn)生水冠形狀，從而可以有效的控制成品板形。

2.4 牌坊間隙對(duì)板形的影響

由于支承輥更換周期較長(zhǎng)，給油量明顯不足，生銹現(xiàn)象嚴(yán)重，造成滑板磨損嚴(yán)重，實(shí)測(cè)間隙值大于設(shè)定間隙，并且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)間隙偏大，導(dǎo)致輥系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在更換了埤坊滑板后，間隙達(dá)到了設(shè)定隙，但鐮刀彎并沒(méi)有大的改善，且變化仍無(wú)規(guī)律，給調(diào)整帶來(lái)很大的難度，后經(jīng)長(zhǎng)期的跟蹤和攻關(guān)，發(fā)現(xiàn)此輥系間隙設(shè)定偏大，由于輥系重量較大，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中存在著較大的慣性，工作輥兩端前后移動(dòng)是非同步的，導(dǎo)致軋制過(guò)程中軋件兩側(cè)受力也是非同步的頻繁波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)輥系產(chǎn)生沖擊，加劇了輥系的不穩(wěn)定性。工作輥在前后移動(dòng)的同時(shí)，也存在著上下位移，形成軋件的厚差波動(dòng)，尤其軋高強(qiáng)度鋼難度更大，就要控制好鐮刀彎，提高整體板形，一定要確保輥系的穩(wěn)定性。我們通過(guò)在軸承座加墊子的方法，來(lái)減小埤坊與軸承座的間隙，保證滑板間隙理論值工作輥位置在1.5 mm左右，支撐輥位置在2 mm左右，通過(guò)滑板間隙的調(diào)整鐮刀大大減少。軋輥傾斜是消除板材軋制過(guò)程中鐮刀彎的常用手段[1]，對(duì)此也進(jìn)行了調(diào)試研究，效果良好。

2.5 PVPC技術(shù)對(duì)板形的影響

受原料的影響，寬厚板廠軋制的坯料很多情況下是展寬比較大，但此種情況帶來(lái)的問(wèn)題是鋼板頭尾窄 ，經(jīng)測(cè)量展寬比大于2的鋼板，頭尾能窄70 mm以上，這種鋼板頭尾兩個(gè)子板經(jīng)常切不出來(lái)，只能改尺，造成較大的浪費(fèi)。研究PVPC（平面形狀控制）原理，即PVPC是指在成形或展寬前一道次將鋼板長(zhǎng)度方向厚度軋制成帶梯度的，轉(zhuǎn)鋼后厚度方向上的不均勻補(bǔ)償寬度方向的缺失。PVPC控制模式一般分為自動(dòng)模式和人工模式，在自動(dòng)模式下，PVPC模型根據(jù)板坯、成品規(guī)格及模型設(shè)定參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出板坯軋制方向上的板厚分布曲線，由轉(zhuǎn)鋼厚度計(jì)算展寬完成的鋼板長(zhǎng)度和寬度方向上的邊部形狀（不考慮用PVPC 效果），根據(jù)計(jì)算出的邊部形狀來(lái)計(jì)算最后道次軋制方向的板厚分布，從而確定PVPC厚度曲線。但是自動(dòng)PVPC滿足不了現(xiàn)場(chǎng)需要，我們著手研究人工PVPC的應(yīng)用， 手動(dòng)模式下，根據(jù)HMI設(shè)定，驗(yàn)證二級(jí)計(jì)算的內(nèi)部長(zhǎng)度和外部長(zhǎng)度比例。壓下量選擇：-0.5 mm，相同規(guī)格的3支原料，分別設(shè)定成型階段內(nèi)、外部長(zhǎng)度比例為60%、85%；70%、90%和80%、90%。根據(jù)二級(jí)計(jì)算的7個(gè)點(diǎn)的位置，人工計(jì)算的比例與設(shè)定比例相同。針對(duì)此情況增加成型階段的壓下量，以此來(lái)提高成型階段軋制力；降低成型階段軋制速度，使液壓缸能有充足的時(shí)間打開輥縫；保持粗軋機(jī)兩側(cè)輥縫平行；保證板坯厚度PDI數(shù)值的準(zhǔn)確性。根據(jù)上述研究，制定了PVPC關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)定要求，以防止出現(xiàn)軋前轉(zhuǎn)鋼。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在手動(dòng)模式下，單閥HGC跟隨能力不夠，也會(huì)導(dǎo)到尾部窄的情況，原因是由于HGC液壓缸是單向傳動(dòng)，在板坯頭部壓下階段時(shí)，由液壓進(jìn)行傳動(dòng)，HGC跟隨性能較好。而在板坯尾部抬起階段，液壓缸靠自身重力及實(shí)際軋制力打開輥縫，速度較慢，跟隨性較差，造成成型階段尾部厚度比設(shè)定值薄，會(huì)造成尾部寬展量不足。針對(duì)此情況規(guī)定在軋制展寬比大的鋼板，要降低粗軋速度，并同時(shí)使作2個(gè)閥，這樣HGC即可以有足夠的時(shí)間來(lái)調(diào)整，還可以增加調(diào)整速度。

2.6 厚板扣翹頭原理

合理調(diào)節(jié)SKI值，通過(guò)改變上下輥速差來(lái)控制頭尾翹曲。SKI為雪橇軋制，即調(diào)整上下輥輥速差來(lái)控制鋼板的翹頭扣頭。從理論上講，異速軋制能有效改善頭部形狀。我廠主電機(jī)采用單獨(dú)傳動(dòng)，如果V上＞V下，則SKI值為負(fù)值，避免鋼板翹頭；如果V下＞V上，則SKI值為正值，使鋼板翹頭。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝情況委托自動(dòng)化將SKI可調(diào)節(jié)的長(zhǎng)度做了修改，即每道次都可選擇可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度，SKI調(diào)節(jié)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼板形狀來(lái)調(diào)節(jié)。

3 操作技巧

在鋼板軋制過(guò)程中，根據(jù)輥縫設(shè)定、負(fù)荷分配、板形狀況、軋輥狀況和軋制的穩(wěn)定性等實(shí)際情況，總結(jié)操作技巧，實(shí)施模型工藝參數(shù)快速調(diào)整，保證軋制出板形合格的鋼板。

3.1 調(diào)整負(fù)荷分配方法

根據(jù)模型計(jì)算的各道次軋制力大小，通過(guò)調(diào)整末道次最大軋制力、最少軋制道次數(shù)、拋鋼方向選擇和道次負(fù)荷修訂等參數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的負(fù)荷分配。薄規(guī)格末道軋制力一般控制在3 500 ～ 4 200 t，軋制道次6 ～ 8道，拋鋼方向正常為上游拋鋼。通過(guò)這些調(diào)整來(lái)保證各道次負(fù)荷分配合理，軋制穩(wěn)定。

3.2 浪形調(diào)整方法

根據(jù)所軋鋼板浪形情況做如下調(diào)整：出現(xiàn)中間浪時(shí)，適當(dāng)增加末道次軋制負(fù)荷，取末道次軋制負(fù)荷上限，將末道軋制力控制在4 500 t左右，同時(shí)可以適當(dāng)增加軋輥中心區(qū)冷卻水量，將水壓控制在9 bar左右；出現(xiàn)雙邊浪時(shí)，適當(dāng)減小末道次軋制負(fù)荷，取末道次軋制負(fù)荷下限，將軋制力控制在3 200 t左右，同時(shí)可以適當(dāng)減小軋輥中心區(qū)冷卻水量，將水壓控制在7 bar左右；出現(xiàn)單邊浪時(shí)，根據(jù)所軋制鋼板厚度和實(shí)際偏斜情況，適時(shí)快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行輥縫單邊調(diào)整，目前一般調(diào)整最后兩個(gè)道次，原則勤調(diào)，少調(diào)。

3.3 推床開口度調(diào)整

鋼板在軋制過(guò)程中，控制有鋼板側(cè)推床離鋼板距離適中，恰當(dāng)好處，以保證鋼板對(duì)中性，一般將入口推床設(shè)為50 ～ 80 mm，拋鋼側(cè)推床設(shè)為500 ～ 600 mm。

3.4 相關(guān)參數(shù)的調(diào)整

竄輥和彎輥選擇自動(dòng)，入口、出口拋鋼距離的調(diào)整，入口一般選擇2 m，出口選擇1.5 m。輥道和軋機(jī)速度匹配比率調(diào)整，一般選擇1.1。薄規(guī)格精軋區(qū)輥道和導(dǎo)疏冷卻水選擇關(guān)閉，精軋除鱗選擇第一道次除磷。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)各種板形控制策略的實(shí)施，萊鋼4 300 mm寬厚板生產(chǎn)線板形不合造成的改尺率大幅下降，板形得到大的改善，因板形不合造成的改尺率由以前的0.70%降低到0.20%。厚規(guī)格翹頭尾的廢判支數(shù)大為減少。厚規(guī)格頭尾翹曲變形極大改善，實(shí)現(xiàn)了零判廢的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 祝夫文，李月英.中厚板軋制過(guò)程中鐮刀彎自動(dòng)檢測(cè)及控制數(shù)學(xué)模型[J].寬厚板，2023，29（2）：45-48.

第一作者：李子高，男，50歲，高級(jí)技師

收稿日期：2024-06-18